一种滚筒封装氧化钙电热化学储能系统与方法与流程

本发明涉及热化学储能，具体涉及一种滚筒封装氧化钙电热化学储能系统与方法。

背景技术：

1、目前热量储存技术主要分为显热蓄热、潜热蓄热和化学蓄热三种方式。显热蓄热热密度小，热损失严重，储热周期短；相变蓄热存在两相分离，材料泄露和腐蚀等问题；相比前两种技术，热化学储能具有储能密度高，反应温度高、长期储热损失小等显著优点，能有效地解决电能的转换、储存、传输与高温再生。但目前对于化学储能的研究多为针对储能材料特性的微/小型实验研究，较少形成完整的闭环系统，未实现大型工业化应用。

2、热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，在储能反应中，储能材料吸收热量分解成两种物质单独储存，当需要供能时，两种物质充分接触发生反应，将储存的化学能转化为热能并释放出来。热化学储能的体积和重量储能密度远高于显热或者相变蓄热，储能载体可以在常温下长期储存，热化学储能可消纳风电、水电、太阳能可再生电能，也可为火电进行削峰填谷作用，使电能得到最佳有效利用，提高电能在供暖、生产、生活中比例，大多数热化学储能载体安全、无毒、价格低廉，而且便于处理，可减少化石燃料分散和低效应用，大大减少大气污染物的排放，创造较好的经济效益和社会效益。其中，ca(oh)2/cao体系是较为理想的热化学储能体系，具有储能密度大、无毒且安全性好、原料来源广泛且价廉、常压反应且反应温度高等特点。

3、但是现有的热化学储能多采用固定床、流化床、螺杆推送等形式，由于物料流动性差、导热系数低，因此固定床容易发生物料结块且换热效果差；对于流化床及螺杆推送等形式，由于存在物料的多次转移，物料容易磨损、颗粒细化、物料损耗，而且存在系统复杂不易控制等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种滚筒封装氧化钙电热化学储能系统与方法，经过纳米改性的氧化钙成颗粒状，与水蒸汽反应生成颗粒状水合氢氧化钙，产生热量，颗粒物料具有良好的流动性，且不易结块；低成本或过剩的电能将通过本系统转化为化学能储存在储能罐中，并作为热能释放，为用户提供蒸汽或热水；该设备系统可拆分成储能和放能两套系统，可以实现将电能进行长期储存为化学能，并异地释放热能；可消纳风电、水电、太阳能等可再生电能，也可为火电进行削峰填谷作用，使电能得到最佳有效利用，提高电能在供暖、生产、生活中比例，减少化石燃料分散和低效应用，大大减少大气污染物的排放；创造较好的经济效益和社会效益。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种滚筒封装氧化钙电热化学储能系统，

4、包括储能罐系统和储能附属系统，所述储能罐系统包括储能罐，所述储能罐配有罐体翻转装置和底部电热装置，所述储能罐内设有出气管、进气管和内肋板，底部电热装置与储能罐分离设计，底部电热装置装设上下升降及横向移动装置，可实现一对多罐加热；

5、所述储能附属系统包括汽水换热蒸汽发生器、对外供热蒸汽装置、气液分离器、储水罐、循环风机、氮气缓冲罐、电热蒸汽发生器、汽水分离器、补氮罐、气固分离器、活塞泵和外供给水泵。

6、优选的，所述储能罐采用滚筒结构，所述储能罐通过罐体翻转装置半幅翻转，左右翻转幅度为180-185°，翻转行程速率控制在1-4m/min。

7、优选的，所述内肋板周向均布在储能罐内，内肋板将罐内分隔成若干区域。

8、优选的，所述进气管沿储能罐的轴向中心设置，所述出气管设置在储罐内顶壁，所述出气管朝向进气管的一侧均匀开设有通孔，并用钢板遮挡成u形折流通道。

9、优选的，底部电热装置设置在罐体保温外且设置在储能罐底部，底部电热装置呈圆弧形布置，弧形角度在150度左右，通过电磁加热线圈感应加热罐壁，线圈按圆弧面两区以上布置，线圈不随罐体翻转，而是根据罐体翻转角度或行程，分区管控加热区域，加热热流密度控制在5-8w/cm²。

10、优选的，所述的储能罐的出气管连接气固分离器，用于分离储能罐排出的氮气或水蒸气与少量的物料颗粒，物料颗粒经过重力分离后沉淀在分离器下部管道内，然后定期用高压氮气，从储气罐的进气管喷入；而气体则依次进入下游的汽水换热蒸汽发生器和对外供热蒸汽装置；

11、所述对外供热蒸汽装置通过外供给水泵为外部提供蒸汽或热水，同时内部的水蒸气冷凝成水，剩余的氮气和冷凝水进入下游的气液分离器；

12、气液分离器分离出来的水进入储水罐，而氮气则接入氮气缓冲罐或者进入循环风机；气体被循环风机加压后，再进入储能罐的进气管；

13、所述储水罐内储存的纯水，依次经过活塞泵、电热蒸汽发生器、汽水换热蒸汽发生器和汽水分离器，其中汽水分离器分离出的水通过节流电动阀，靠重力再流回储水罐，而分离出的水蒸气，再进入储能罐的进气管。

14、优选的，所述电热蒸汽发生器和汽水换热蒸汽发生器前后串级布置，通过温度控制实现水合反应用启动水蒸汽的加热源替代；即刚启动时采用电能作为产汽热源，启动后采用水合反应放热产生的过热蒸汽作为加热源产汽，从而降低能耗。

15、优选的，所述活塞泵采用变频活塞泵，串联在电热蒸汽发生器和汽水换热蒸汽发生器前，利用变频活塞泵的恒压变流特性，通过储能罐温差控制适时调节流量及负荷，确保水合反应稳定进行。

16、一种滚筒封装氧化钙电热化学储能方法，包括电热化学储能过程和水合反应放热过程，

17、电热化学储能过程：

18、利用充氮系统为整个系统充满氮气，打开循环风机进行氮气循环，然后逐步开启底部电热装置和罐体翻转装置，加热至550度，使得罐内氢氧化钙水合物分解为氧化钙和水蒸气，产生的水蒸气混合氮气从罐内出口管引出，经过气固分离器，进入对外供热蒸汽装置，混合气中的水蒸气冷凝成液体，再经过气液分离器，水流入储水罐，氮气继续通过循环风机加压进入储能罐；当物料温度超过520度时，此时物料全部转化为氧化钙，则停止电加热；氮气继续循环，以降低物料温度，当氮气温度低于设定温度时，则停止循环和罐体翻转装置，关闭罐体进出口阀，并向罐体内充入氮气进行防护；

19、水合反应放热过程：

20、首先开启储能罐进出阀门和罐体翻转装置，接着利用活塞泵和电热蒸汽发生器，将储水罐内的纯水加热成水蒸气，并逐级通过串联的汽水换热蒸汽发生器和汽水分离器，凝水被分离回储水罐，水蒸气进入储能罐中，与罐内的氮气混合后排出罐外，氮气与蒸汽混合物分别经过气固分离器、汽水换热蒸汽发生器、对外供热蒸汽装置，冷却后凝水进入储水罐，氮气进入氮气缓冲罐，完成水蒸气和氮气置换；另外，随着储能罐内水蒸气浓度逐步提高，部分水蒸气与罐内储存的氧化钙发生水合放热反应，将其它水蒸气加热成过热蒸汽，过热蒸汽分别经过气固分离器、汽水换热蒸汽发生器、对外供热蒸汽装置，冷却后凝水进入储水罐；同时，在汽水换热蒸汽发生器中，过热蒸汽将电热蒸汽发生器过来的蒸汽再次加热，同时根据出口蒸汽温度逐步减少电热蒸汽发生器负荷，直至停止加热，完成预热替代；此过程中需要活塞泵来控制蒸汽产量，亦即控制储能罐进出口压差，保证水合反应正常进行；待水合反应结束时，储能罐出口蒸汽温度逐步降低，此时即可逐步关闭活塞泵，打开氮气阀，用氮气逐步置换水蒸气；待活塞泵全部关闭后，即可打开循环风机，进行氮气循环，同时降低物料温度，待氮气温度逐步降低至设定温度时，即完成水合反应放热过程；

21、优选的，化学能储存保养过程，需关闭储能罐进出口阀门，同时设置补氮罐，稳定罐内0.5bar压力；需异地储存，需将储能罐与储能附属系统脱开，实现储能罐移动、运输、异地存储。

22、本发明的有益效果是：

23、1）、本系统实现了氧化钙电热化学储能系统的集成化，填补了国内相关领域工业应用的空白；

24、2）、本系统可充分利用廉价的低谷电、电厂富余电或其它可再生电能，实现电能到化学能的转化以便于长期储存，并在需要的时候完成化学能到热能的转化，为用户提供高品质的蒸汽或热水；

25、3）、本系统可作为化石燃料的替代能源，减少sox、nox等污染物排放，保护环境；

26、4）、本系统采用滚筒封装的一体化氧化钙储能反应装置、分离式一对多电加热系统，提高了能量转化效率和利用率，同时也实现了储能罐异地储存放热。